CN103546048A - 电流采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电流采样方法，应用于交、直流供电电路，其特征在于，所述方法包括：将电流采样电路串联于所述交、直流供电电路中的直流源的正极或交流源与电感的第一端之间；或，将电流采样电路串联于所述交、直流供电电路中的直流源的负极或交流源与电感的第一端之间；其中，所述电流采样电路包括：工频交流互感器和消磁电路，所述工频交流互感器用于采样电流，所述消磁电路用于使所述工频交流互感器进行磁复位；当所述交、直流供电电路通过直流源供电时，通过控制所述第一开关管，以使所述工频交流互感器通过所述消磁电路进行磁复位。

Description

电流采样方法

技术领域

本发明涉及电路技术领域，尤其涉及一种电流采样方法。

背景技术

在交、直流供电电路中，交流与直流输入共用同一交、直流供电电路，而交、直流供电电路中电流采样电路起到举足轻重的作用，通过电流采样电路获取的电感电流信号将直接参与交、直流供电电路的环路控制，影响交、直流供电电路工作稳态及动态工作特性。因此，要在尽量保证电流采样电路采样的精确度、稳定性，同时也要避免由于电流采样对整个交、直流供电电路带来的负面影响，并兼顾成本。

现有的电流采样方法通常是在交、直流供电电路中设置包括高频交流互感器（Current Transformer，CT）的电流采样电路。如图1所示，该电流采样电路与开关管Q3串联，与二极管D1相串联，通过采样经过开关管Q3的电流和经过二极管D1的电流（或只采样经过开关管Q3的电流）来反映实际的电感电流参与环路控制及逻辑动作。当输入交流电流时（即由市电供电时），有半个正弦周期是没有电流通过电感的，高频CT通过这段时间实现磁复位。而当输入直流电流时（即由直流源供电时），以CT1为例是通过开关管Q3关断时间实现CT磁复位。但是，在开关管Q3关断瞬间，图1中A点电压被钳位在+VO，此时CT1原边会产生一个感应电动势与A点电压共同叠加到开关管Q3漏极和源极，造成开关管Q3的电压应力升高。

因此，现有的电流采样方法会造成交、直流供电电路中开关管的电压应力升高，从而限制了开关速度的提高，增大了对开关管的损耗。虽然上述问题可以通过在交、直流供电电路中设置包括霍尔器件的电流采样电路解决，但是采用霍尔器件的电路成本高，并且需要为霍尔器件设计专门的供电回路，增加了电路的复杂度，从而降低了电路的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电流采样方法，能够在降低对交、直流供电电路中开关管的电压应力的同时，保证电路的可靠性。

在第一方面，本发明实施例提供一种电流采样方法，应用于交、直流供电电路，该方法包括：

将电流采样电路串联于所述交、直流供电电路中的直流源的正极或交流源与电感的第一端之间，所述电感的第二端与第一开关管的正极相连；或，将电流采样电路串联于所述交、直流供电电路中的直流电源的负极或交流源与电感的第一端之间，所述电感的第二端与第一开关管的负极相连；

其中，所述电流采样电路包括：工频交流互感器和消磁电路，所述工频交流互感器用于采样电流，所述消磁电路用于使所述工频交流互感器进行磁复位；

当所述交、直流供电电路通过直流源供电时，通过控制所述第一开关管，以使所述工频交流互感器通过所述消磁电路进行磁复位。

在第一方面的第一种可能实现的方式中，所述当所述交、直流供电电路通过直流源供电时，通过控制所述第一开关管，以使所述工频交流互感器通过所述消磁电路进行磁复位具体为：通过控制所述第一开关管交替处于开通、关断状态，以使所述工频交流互感器进行电流采样；通过控制所述第一开关管持续处于关断状态，以使所述工频交流互感器通过所述消磁电路进行磁复位。

结合第一方面的第一种可能实现的方式，在第二种可能实现的方式中，控制所述第一开关管交替处于开通、关断状态的时间大于控制所述第一开关管持续处于关断状态的时间。

结合第一方面或第一方面的第一种可能实现的方式或第一方面的第二种可能实现的方式，在第三种可能实现的方式中，所述工频交流互感器原边的第一端与所述直流源的正极或负极或交流源相连，所述工频交流互感器原边的第二端与所述电感的第一端相连；所述工频交流互感器的副边与所述消磁电路相连。

结合第一方面或第一方面的第一种可能实现的方式或第一方面的第二种可能实现的方式或第一方面的第三种可能实现的方式，在第四种可能实现的方式中，所述消磁电路包括：电阻，阻断二极管；所述工频交流互感器副边的第一端和第二端分别与所述电阻的第一端和第二端相连，所述电阻的第一端还与所述阻断二极管的正极相连，所述电阻的第二端接地，所述阻断二极管的负极为采样电流输出端。

通过上述方案，将包括工频交流互感器和消磁电路的电流采样电路串联于交、直流供电电路中的直流源的正极或交流源与电感的第一端之间，或，将包括工频交流互感器和消磁电路的电流采样电路串联于交、直流供电电路中的直流源的负极或交流源与电感的第一端之间，可在降低对交、直流供电电路中开关管的电压应力的同时，保证电路的可靠性。

附图说明

图1为现有技术中具有电流采样电路的交、直流供电电路的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种具有电流采样电路的交、直流供电电路的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电流采样电路的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部份实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合图2详细说明本发明实施例提供的一种电流采样方法，图2为本发明实施例提供的一种包括电流采样电路的交、直流供电电路。

如图2所示，将电流采样电路210串联于直流源（如电池BAT）的正极与电感L1的第一端之间。具体的，电流采样电路210通过开关管Q5与直流源（如电池BAT）正极相连，开关管Q5的正极与直流源的正极相连，开关管Q5的负极与电流采样电路210的一端相连。电流采样电路210未与电感L1相连的一端还与交流源相连。具体的，电流采样电路210未与电感L1相连的一端通过晶闸管Q1与市电的火线相连。电感L1的第二端与开关管Q3的正极相连，开关管Q3的正极还与续流二极管D1的正极相连，续流二极管D1的负极与电容C1的第一端相连，电容C1的第二端与开关管Q3的负极相连；

将电流采样电路220串联于直流源的负极与电感L2的第一端之间。具体的，电流采样电路220通过开关管Q6与直流源的负极相连，开关管Q6的负极与直流源的负极相连，开关管Q6的正极与电流采样电路220的一端相连。电流采样电路220未与电感L2相连的一端还与交流源相连。具体的，电流采样电路220未与电感L2相连的一端通过晶闸管Q2与市电的火线相连，电感L2的第二端与开关管Q4的负极相连，开关管Q4的负极还与续流二极管D2的负极相连，续流二极管D2的正极与电容C2的第一端相连，电容C2的第二端与开关管Q4的正极相连；

开关管Q3的负极和电容C1的第二端的连接点与开关管Q4的正极和电容C1的第二端的连接点相连，开关管Q3的负极和电容C1的第二端的连接点与市电的零线相连。

需要说明的是，开关管Q3，开关管Q4可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，也可以为金属-氧化层-半导体-场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET）。当开关管Q3，开关管Q4为IGBT时，开关管Q3，开关管Q4的正极为集电极（C极），负极为发射极（E极）。当开关管Q3，开关管Q4为MOSFET时，开关管Q3，开关管Q4的正极为漏极（D极），负极为源极（S极）。开关管Q5和开关管Q6为晶闸管。

可以理解的是，本发明实施例仅以图2所述的交、直流供电电路为例进行说明，在图2所示的交、直流供电电路中可以仅包括电流采样电路210或仅包括电流采样电路220。并且，本实施例中的电流采样电路210和电流采样电路220也可以串联于仅有交流源或仅有直流源的供电电路中。

其中，电流采样电路210和电流采样电路220具体结构相同，如图3所示，电流采样电路包括：工频CT和消磁电路，消磁电路包括电阻R1和阻断二极管D3。

其中，工频CT副边的第一端和第二端分别与电阻R1的第一端和第二端相连，电阻R1的第一端还与阻断二极管D3的正极相连，电阻R1的第二端接地，阻断二极管D3的负极为采样电流输出端。

对于电流采样电路210，工频CT原边的第一端与开关管Q5的负极相连，工频CT原边的第二端与电感L1的第一端相连。

对于电流采样电路220，工频CT原边的第一端与开关管Q6的正极相连，工频CT原边的第二端与电感L2的第一端相连。

可以理解的是，消磁电路还可以以其他形式实现，本发明对消磁电路的结构不做任何限制。

在由交流源进行供电时，以电流采样电路210为例，由于市电电流为交流电流，在交流电流的正半周时，工频CT1进行电流采样，通过采样电流输出端输出。在交流电流的负半周时，工频CT1利用没有电流流过的时间进行磁复位，避免磁芯饱和。

在由直流源进行供电时，以电流采样电路210为例，由于直流源电流为持续直流电流，因此需要通过控制开关管Q3利用消磁电路对工频CT1进行消磁，以避免磁芯饱和。

具体的，通过控制开关管Q3交替处于开通、关断状态，以使该交、直供电电路实现升压功能，同时工频CT1进行电流采样，通过采样电路输出端输出。通过控制开关管Q3持续处于关断状态，以使工频CT1通过消磁电路进行磁复位。

优选地，控制开关管Q3交替处于开通、关断状态的时间大于控制开关管Q3持续处于关断状态的时间。

在一个具体的例子中，预先设定电流采集周期，在每一周期2/3的时间内，控制开关管Q3交替处于开通、关断状态电感电流IL方向如图3中所示，工频CT1采样电感电流通过阻断二极管D3将电流检测信号输出。

在每一周期1/3的时间内，控制开关管Q3持续处于关断状态。在此时间段，电感电流IL为零。工频CT1副边感应出反向电动势，方向为②点为正①点为负。此时由于截止二极管D3的存在，强制该反向电动势通过电阻R1释放，消耗掉导通期间积累的能量，以使工频CT1进行磁复位。

当开关管Q3关断时，图2中A点电压被钳位在+VO，由于工频CT1并未与开关管Q3串联，因此不会额外增加开关管Q3的电压应力。

可以理解的是，电流采样电路220的电流采样过程及对工频CT2进行磁复位的过程与电流采样电路210相同，在此不再赘述。

通过利用本发明实施例提供的电流采样方法，将包括工频交流互感器和消磁电路的电流采样电路串联于交、直流供电电路中的直流源的正极或交流源与电感的第一端之间，或，将包括工频交流互感器和消磁电路的电流采样电路串联于交、直流供电电路中的直流源的负极或交流源与电感的第一端之间，可在降低对交、直流供电电路中开关管的电压应力的同时，保证电路的可靠性。由于采用的是工频CT，因此电路的成本也不会有所增加。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电流采样方法，应用于交、直流供电电路，其特征在于，所述方法包括：

将电流采样电路串联于所述交、直流供电电路中的直流源的正极或交流源与电感的第一端之间，所述电感的第二端与第一开关管的正极相连；或，将电流采样电路串联于所述交、直流供电电路中的直流电源的负极或交流源与电感的第一端之间，所述电感的第二端与第一开关管的负极相连；

其中，所述电流采样电路包括：工频交流互感器和消磁电路，所述工频交流互感器用于采样电流，所述消磁电路用于使所述工频交流互感器进行磁复位；

当所述交、直流供电电路通过直流源供电时，通过控制所述第一开关管，以使所述工频交流互感器通过所述消磁电路进行磁复位。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述交、直流供电电路通过直流源供电时，通过控制所述第一开关管，以使所述工频交流互感器通过所述消磁电路进行磁复位具体为：

通过控制所述第一开关管交替处于开通、关断状态，以使所述工频交流互感器进行电流采样；

通过控制所述第一开关管持续处于关断状态，以使所述工频交流互感器通过所述消磁电路进行磁复位。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，控制所述第一开关管交替处于开通、关断状态的时间大于控制所述第一开关管持续处于关断状态的时间。

4.根据权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于，所述工频交流互感器原边的第一端与所述直流源的正极或负极或交流源相连，所述工频交流互感器原边的第二端与所述电感的第一端相连；

所述工频交流互感器的副边与所述消磁电路相连。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述消磁电路包括：电阻，阻断二极管；

所述工频交流互感器副边的第一端和第二端分别与所述电阻的第一端和第二端相连，所述电阻的第一端还与所述阻断二极管的正极相连，所述电阻的第二端接地，所述阻断二极管的负极为采样电流输出端。

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